讲义 第一章_湿空气的物理性质及其焓湿图.pdf
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1、第一章.湿空气的物理性质及其焰湿图江苏大学空气调节教案第一章 湿空气的物理性质及其熠湿图第一章 湿空气的物理性质及其熠湿图1.1湿空气的物理性质空气调节的任务:创造一个适合不同要求的空气环境,湿空气是空调的基本工质,也是 构成环境的主体。空气调节的结构就是讲空气前后的状态发生一定的改变,这必定首先要 了解其物理性质。一、基本概念(一)湿空气的组成湿空气=干空气+水蒸气湿空气:平时人们常说的空气。干空气:N2、02、C02和其他惰性气体。除了 C02 外,其他气体的含量是非常稳定的,但C02的含量非常小,他的含量变化对干空气的性质影响可以忽略。所以允许将干空气作为一个整体考虑。水蒸气:来源于地球
2、上的海洋、湖泊表面水分蒸发,随着气候地区条件而变化。压力很低,一般只有几百Pa,水蒸气量很少,但他的变化却能引起干、湿度的变化,对人体的舒适感,产品质量,工艺过程、设备维护等有直接影响。(二)理想气体状态方程它是用来描述理想气体状态(P、V、T)变化规律的方程。干空气:常温常压下的气体一般均可看作理想气体;-1-江苏大学空气调节教案第一章湿空气的物理性质及其焰湿图理想气体:假定该气体 分子是不占有空间的质点,分子间没有相互作用力。水蒸汽:分压力低,含量少,比容很大,且处于过热,亦可看作理想气体。(水蒸气只有在特定条件下,如在压力很低、密度很小并远离饱和线的过热状态下,才接近于理想气体;而在其它
3、大部分过热状态或饱和状态下,都不能应用理想气体的状态方程式。)湿空气遵循理想气体状态方程PV mRT 或 P RT(1)即:一定质量的理想气体的压强、体积的乘积与热力学温度的比值是常数。RM ROM 831 4M R0:通用气体常数,:气体分子量(2)g PgV mgRgTmqRqT 或 P 或P q RgT Rqg 287 J/kg k(气体常数)(3)PVq RqTR 461 J/kg k(4)(三)道尔顿分压定律混合气体的压力=各组成成分的分压力之和湿空气压力B=干空气压力(5)标压:B=1 01.325Pa二、湿空气的状态参数Pg+水蒸气分压力Pq-2-江苏大学 空气调节教案第一章 湿
4、空气的物理性质及其焰湿图(一)压力1、大气压力或湿空气的压力B大气压力不同,空气的物理性质也就不同,反映空气物理性质的状态参数也要发生变 化,因此空调的设计与运行中,如果不考虑当地大气压的大小,就会造成一定的误差。标压:B=1 01.325K Pa,指北纬45处海平面的全年平均大气压海拔高度t,B I同一海拔,不同季节,B也有5%的波动2、水蒸气分压力(1)水蒸气分压力P q水蒸气单独占有湿空气的容积,并具有与湿空气相同的温度时,所产生的压力称之为水 蒸气分压力。用P表示q(2)饱和水蒸气分压力P q,b压力是由于气体分子撞击容器壁而产生的宏观效果,因此水蒸气分压力的大小直接反映 了水蒸气含量
5、的多少。水蒸气含量越大,水蒸气分压力越大,当湿空气中的水蒸气含量达到最大限度即饱和状 态时,此时的水蒸气分压力称为饱和水蒸气分压力,用P表示,Pq,bq,b f(t)见附录一 1,温度越高,P越q,b大。(二)温度 3 江苏大学 空气调节教案第一章 湿空气的物理性质及其烯湿图绝对温标T,k表示方法有T 273 t摄氏温标t,华氏温标t,F t C 59 t F-32(三)密度(比容)湿空气为干空气和水蒸气混合,两者均匀混合,并占有相同的体积g q PgRgT PqRqT PqTB PqRgTPqRqTBT 0.003484(6)0.湿空气密度取决于P,水蒸气含量P越大,湿空气密度 越小。qq因
6、此湿空气密度比干空气密度小,通常标况下B=1 01 325Pa,t=20,干空气密度=1.205kg/m3,因此常取湿空气密度=g1.2kg/m3o 0(四)含湿量d(绝对含湿量)衡量湿空气含有水蒸气量多少的指标定义:所含水蒸气质量与干空气质量之比,即含有1 kg干空气的湿空气所含有的水蒸气的量。或者定义为湿空气中与1 kg干空气同时并存的水蒸气量。-4-江苏大学空气调节教案第一章 湿空气的物理性质及其熠湿图dPqVRqTPgVRgTmqmgkg/kg(7)=RgPqRqPg=0.622PqPg=0.622PqB Pqkg/kg 干=622PqB-Pqg/kg 干(8)用途:今后对空气进行加湿
7、、减湿处理时,都是用含湿量来计算空气中水蒸气量的变 化。(五)相对湿度表征湿空气中含有水蒸气量的间接指标定义:湿空气的水蒸气分压力与同温度下饱和湿空气的水蒸气压力之比。=(9)I,空气较为干燥,吸收水蒸气的能力强有了相对湿度,我们又可得到含湿量的另一种表达式d=0.622PqPq,b 100%Pq,bB Pq,bkg/kg 干(1 0)d,关系:定性:d:表示水蒸气含量,不能反应空气吸湿能力绝对量:表示空气中水蒸气 接近饱和的程度,反映了吸收水蒸气-5-江苏大学空气调节教案第一章湿空气的物理 性质及其焰湿图的能力相对量定量:d=0.622-=0.622-B-Pq B-pdb=0.622 B-P
8、卜:B-P/KB-Pq(这段根讲)有时又称三db为饱和度实际上B Pq,bB Pq 1,ddb(六)湿空气的焰i在空调工程中,空气的状态经常发生变化,也经常需要确定此状态变化过程中的热交换 量,例如对空气进行加热和冷却时,常需要确定空气吸收或放出多少热量。空气经过空气 处理设备处理前后均可视为定压过程,空气的热量变化可用空气状态变化前后的焰值来表 示,湿空气的焰都是以1 kg干空气做为计算基础的。对于含有1 kg干空气的湿空气的焰i湿空气=干空气+水蒸气i ig 1 iq d(1 2)如何确定 i,i?gq-6-江苏大学空气调节教案第一章 湿空气的物理性质及其烯湿图原则:0时干空气的焰值与0水
9、的烯值均为0,0时水蒸气的焰值为2500 kj/kg定(13)iq Cp,q t 2500 1.84t 2500压过程:ig Cp,g t=l.Olt(1 4)具体计算如下,可酌情讲解1、定压过程:,=J,如何得来:根据能量方程式,在定压过程中,0C干空气ft干空气*_ jo=Cp 8 o)%=/J+31。+=LO2、如何得来:0C水蒸气ft9水蒸气iq,t 2500 1.84tiq,t 1.84t 2500i ig1 iq d=1.Olt(1.84t 2500)d kj/kg2 干空气(1 5)0 或=1.01 t(1.84t 250)d1 000kj/kg?干空气(1 6)Y工-7-江苏大
10、学 空气调节教案第一章 湿空气的物理性质及其烯湿图或表示为 i 1.01 1.84d t 250d0 kj/kg?干空气(1 7)由上式可以看出,1.01 1.84d t是与温度有关的热量,称之为显热2500d是0时dkg水的气化热,与温度无关,是与含湿量有关的热量,称为潜热。当湿空气的温度与含湿量升高时,烯值增大,但空气温度升高,而含湿量减少时,则 湿空气的焰值变化不一定。思考题:求t时水蒸汽的气化潜热rt解:t水一t水蒸气4.1 9t rt.*.rt1.2湿空气的物理性质前面阐述的湿空气的几个状态参数及其关系式,在空调工程通常要确定湿空气的状态参 数及变化过程,我们可用上述的公式解答,但不
11、够直观,为了避免繁琐的公式计算,可以将 上述参数用线算图表示出来,在空调设计使用的是以焰为纵坐标,含湿量为横坐标的焰湿 图,可以直观的看出湿空气的状态变化,i d 1.84t 2500 1.84t 2500 4.1 9t图上的每个点都代表湿空气的某一状态。为了更好的运用他,下面看看他的绘制过程。一、i d 图-8-江苏大学 空气调节教案第一章 湿空气的物理性质及其熠湿图以i为纵坐标,d为横坐标,iPq构成的平面图,为了使图面展开,线条清晰,两坐标轴之间的夹角由常用的90,扩展为大于或等于135两坐标轴夹角 135等温线tc,(0,0)(坐标轴夹角大小不会影响湿空气状态参数之间的对应关系,只是改
12、变了图形的形状和位置,目的使图面展开,清 晰)。为了避免图面过长,通常取一水平线画在图的上方,代替实际的d轴。在一定的大 气压力下,将上述参数t,d,i,P等q关系反映在i d图上,图中由四组等值线组成。B不同,i d图不同,附录上的i d图是B=1 01 325Pa得出的。(一)等烯i线平行于原d坐标的线为等烯线,流线上的每个点燃值相等,通过坐标原点(t=0,d=0)等焰线值为i=0,向上焰值为正,向下烙值为负,整个焰值是由下向上递 增。(二)等含湿量d线平行于i坐标的线为等d线,过0点与纵坐标重合的线d=0(三)等温t线i l.Olt(2500 1.84t)d 如何确定?a bd等温线t相
13、同,给定t值,a、b定,i a bd在i d图上是直线。截距为a=1.01 tt不同,b不同,斜率不同,相差1.844t-9-江苏大学 空气调节教案第一章 湿空 气的物理性质及其熔湿图 斜率为b=2500+L 84t又,1.84At对于2500较小,斜率近似相等,等温线近似平行的一组直线根据不同温度t,在i d图上画出等温线。t=0,i 0 2500d它是截距为0,通过原点0的一条斜率k=2500的直线(四)水蒸气分压力线d 0=.622PqB PqPq B dO.622 d=f d每给定一个d值,就可以得到相应的P值q(五)等线PqPq,b 根据d,t确定 值,绘出等 线等 线是一组发散形曲
14、线,=0%,是纵坐标=100%,是湿空气饱和状态线左上方:湿空气区(水蒸气处于过热区,稳定)右下方:水蒸气处于过饱和状态区(不稳定,常有凝结现象,有雾区)(六)热湿比线1、定义定义为:湿空气的焰变化与湿量变-10-化之比,又称角系数。江苏大学空气调节教案第一章湿空气的物理性质及其焰湿图d1或1dlOOOi d图右下角给出了线既然说是燧变化或湿量变化,则必有两个状态点,假定有A、B两个状态点,空气由A 状态变化到B状态i dlOOOiB iAdB dAlOOOmg iB iA mgdB dAQ WK J/hK g/h1 000A B代表湿空气的状态变化方向,即状态A的空气对其加入热量Q,湿量W之
15、 后,变成了状态B,即对于空调工程来说,Q、W即为空气处理设备提供的热量与湿量。热湿比 反应了空气从状态A到状态B的过程斜率,即该过程线与水平线的倾斜角度,因此又称为角系数。只要热湿比值相同,他们的过程线就一定平行。2、值分布等焰线与等含湿量线将圆周分为四部分区域,(1)。一A,0A=(2)。-B,0B=0C=i di d i diA iOdA dOiB iOdB dO003)0O-C,=+004iC iOdC dO2 =-o(4)0-D,江苏大学空气调节教案第一章湿空气的物理性质及其焰湿图0D=i diD iOdD dO0i d i d=0 0 0 0=(5)等焰线:0-01,0一 03,(
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